Akkumulator

Der Klassiker

Ein Akku bzw. Akkumulator (lateinisch accumulator "Sammler", zu accumulare "anhäufen", cumulus "Haufen"; Plural: Akkus bzw. Akkumulatoren) ist ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis. Umgangssprachlich werden Akkumulatoren häufig "Starter-Batterien" genannt, obwohl Batterien streng genommen nicht immer wieder neu aufgeladen werden können.

Funktionsweise

In einem Akkumulator wird beim Aufladen elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Wird ein Verbraucher angeschlossen, so wird die chemische Energie wieder in elektrische Energie zurück gewandelt. Die für eine elektrochemische Zelle typische elektrische Nennspannung, der Wirkungsgrad und die Energiedichte hängen von der Art der verwendeten Materialien ab.

Die Akkumulatortypen werden nach den verwendeten Materialien bezeichnet:

Li-Ion Lithium-Ionen-Akku (3,2-3,7 V Nennspannung/Zelle), Oberbegriff für Lithium-Akkumulatoren
- LiCoO2 - Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulator, (3,6 V /Zelle), erste verfügbare Technologie
- LiPo – Lithium-Polymer-Akkumulator (3,7 V Nennspannung/Zelle), (Bauform mit Polymer als Elektrolyt)
- Li-Mn – Lithium-Mangan-Akkumulator (3,6 V Nennspannung/Zelle)
- LiFePO4 – Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator (3,3 V Nennspannung/Zelle)
  - LiFeYPO4 Lithium-Eisen-Yttrium-Phosphat-Akkumulator (Yttrium-Dotierung zur Verbesserung der Eigenschaften)
- LiTi – Lithium-Titanat-Akkumulator (3,2 V Nennspannung/Zelle)
- LiS – Lithium-Schwefel-Akkumulator (2,2 V Nennspannung/Zelle)
Na/NiCl Natrium-Nickelchlorid-Hochtemperatur-Batterie (2,58 V Nennspannung/Zelle)
NaS Natrium-Schwefel-Akkumulator, Hochtemperatur-Akku mit 2 V Zellspannung
NiCd Nickel-Cadmium-Akkumulator (1,2 V Nennspannung/Zelle)
NiFe Nickel-Eisen-Akkumulator (1,21,9 V Nennspannung/Zelle)
NiH₂ Nickel-Wasserstoff-Akkumulator (1,5 V Nennspannung/Zelle)
NiMH Nickel-Metallhydrid-Akkumulator (1,2 V Nennspannung/Zelle)
NiZn Nickel-Zink-Akkumulator (1,65 V Nennspannung/Zelle)
Pb Bleiakkumulator (2 V Nennspannung/Zelle)
PTMA modifiziertes PTMA, genauer: 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinoxy-4-yl-methacrylat, ein umweltverträgliches organisches Polymer
RAM Rechargeable Alkaline Manganese (1,5 V Nennspannung/Zelle)
SnC/Li₂S Zinn-Schwefel-Lithium-Akkumulator
Silber-Zink-Akkumulator (1,5 V Nennspannung/Zelle)
Vanadium-Redox-Akkumulator (1,41 V Nennspannung/Zelle bei 25 °C)
Zink-Brom-Akkumulator (1,76 V Nennspannung/Zelle)

Einsatzgebiete

Akkumulatoren werden oft verwendet, wenn ein elektrisches oder elektronisches Gerät ohne dauerhafte Verbindung zum festen Stromnetz oder zu einem Generator betrieben werden soll. Da sie teurer sind als nicht wiederaufladbare Primärbatterien, kommen sie vor allem in solchen Geräten zum Einsatz, die regelmäßig benutzt werden und einen nicht vernachlässigbaren Strombedarf haben, wie in Mobiltelefonen, Laptops oder Akkuwerkzeugen.

Auch in Kraftfahrzeugen dient ein Akku in Form der Starterbatterie dazu, Strom für Licht, Bordelektronik und vor allem den Anlasser zum Starten des Verbrennungsmotors zu liefern. Läuft der Motor, wird der Akkumulator über die als Generator arbeitende Lichtmaschine wieder aufgeladen. Ähnliches gilt für Schiffe und Flugzeuge.

Beim elektrischen Antrieb von Kraftfahrzeugen, Schiffen oder gar kleinen Flugzeugen werden deren Akkus zur Unterscheidung von bloßen Starterbatterien dann als Traktions-Akkumulatoren bezeichnet und zu Traktionsbatterien zusammengeschaltet (s.a. Elektroauto, Elektromotorrad, Elektromotorroller, Batteriebus, Elektrolastkraftwagen).

Akkus kommen auch zum Einsatz, um Schwankungen bei der regenerativen Erzeugung von Strom mit Wind und/oder Sonne auszugleichen (s. Solarbatterie), oder auch, wenn sich eine abgelegene Verbrauchsstelle nicht oder nur zu unverhältnismäßig hohen Kosten an das Stromnetz anschließen lässt. Oft sind solche Verbrauchsstellen zusätzlich noch mit einem Notstromaggregat ausgerüstet, das einspringt, bevor die Ladung der Akkus z. B. nach mehrtägiger Windstille nicht mehr ausreicht. Beispiele für solche Installationen sind nicht nur abgelegene Hütten, Mobilfunk-Basisstationen in wenig erschlossenen Regionen oder Weltraumsatelliten, sondern auch viele Parkscheinautomaten, bei denen ein Anschluss an das Stromnetz teurer wäre als die Installation einer Solarzelle und eines Akkumulators.

Konventionelle U-Boot-Antriebe bestehen aus Dieselmotoren mit Generatoren (Fahren und Laden der Akkumulatoren bei nicht getauchter Fahrt) und mit Akkumulatoren betriebenen Elektromotoren (Tauchfahrten).

Viele Schiffe fahren generell mit Elektroantrieb. Der notwendige Strom wird von Dieselgeneratoren erzeugt. Damit der Dieselmotor immer im optimalen Drehzahlbereich arbeiten kann, wird die Energie in Akkus zwischengespeichert.

Akkumulatoren dienen in Systemen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) auch zur kurz- bis mittelfristigen Überbrückung von Ausfällen der stationären Energieversorgung. Wichtige Bereiche, die es mit einer Notstromversorgung abzusichern gilt, sind z. B. Rechenzentren, Alarmsysteme und lebenserhaltende Systeme in Krankenhäusern. Werden hohe Leistungen benötigt oder sind längere Zeiträume zu überbrücken, wird noch ein Dieselgenerator zusätzlich installiert; die Akkus übernehmen dann die Versorgung nur so lange, wie der Dieselgenerator zum Anspringen und Erreichen der Nenndrehzahl benötigt. Falls die so zu überbrückende Zeit nur kurz ist, können dafür auch andere Systeme als Akkumulatoren eingesetzt werden, insbesondere auf der Basis von Schwungmassen oder gar Kondensatoren.

Batterie-Speicherkraftwerke werden u.a. eingesetzt zur Abdeckung von Spitzenlasten im Stromnetz und auch zur Netzstabilisierung in Stromnetzen.